Linux 下 gdb 的使用

一、概述
- 1、安装和启动 GDB
二、 GDB 常用命令
- 1、查看源码
- 2、断点
- - 2.1 设置断点
  - 2.2 查看断点信息
  - 2.3 删除断点
  - 2.4 激活/禁用断点
  - 2.5 观察断点
  - 2.6 捕获信号
  - 2.7 线程中断
- 3、查看信息
- - 3.1 查看数据
  - 3.2 查看内存
  - 3.3 查看栈信息
  - 3.4 查看栈帧信息
- 4、运行、调试
- - 5、编辑和搜索

一、概述

GDB（GNU调试器）是一个功能强大的开源调试工具，可用于调试多种编程语言，包括 C、C ++、Fortran 等。它可以在运行过程中检查程序状态，设置断点以停止程序执行并观察变量值、内存状态等，并提供一系列命令和功能来辅助调试过程。

GDB 的主要功能包括以下几个方面：

设置断点：GDB 允许你在程序的某一行代码上设置断点，当程序执行到这一行时会暂停并等待调试命令。
单步调试：通过单步调试，你可以逐行执行程序并观察每一行代码的执行情况，方便定位问题。
查看变量和内存：在调试过程中，你可以查看各个变量的值，检查它们是否符合预期。同时，你还可以查看内存的内容，以了解程序的内部状态。
捕捉错误：GDB 可以帮助你捕捉程序的错误，包括内存访问错误、未处理的异常等。当程序发生错误时，GDB会在错误发生的地方停下来，并提供相关信息。
远程调试：在某些情况下，你可能需要在远程机器上进行调试。GDB 支持远程调试，你可以通过网络连接到远程机器，并在该机器上进行调试操作。

更多信息可以查看 GDB 官网。

1、安装和启动 GDB

首先输入命令：gdb -v 查看是否安装过 GDB：

如果没有安装则输入(Ubuntu 下)：

# sudo apt-get install gdb

然后就可以启动 gdb 进行调试了。通过输入如下命令来启动 gdb 调试，直接指定需要调试的可执行文件名即可：

# gdb test_file

当下方出现图中圈中的字段则表示可调试。而如果出现了下图中的字段则表示无法调试：

使用常规编译生成的可执行文件正常一定会出现 No debugging symbols found in xxx 这个错误。而且即使使用带调试信息 -g 编译时，有时候也会出现这种情况。

解决方法如下：

我们先使用 -c -g 生成带调试信息的只进行过预处理、编译、汇编，但没有被链接的目标文件，再利用目标文件链接、重定位后生成可执行文件，使用这个可执行文件便不会出现问题。

$ gcc -c -g test_file.c # 生成 test_file.o 文件 
$ gcc test_file.o -o test_file

如果目标执行文件要求出入参数（如 argv[] 接收参数），则可以通过如下三种方式指定参数：

在启动 gdb 时，gdb --args text_file
在进入 gdb 之后，运行 set args param_1
在进入 gdb 调试以后，run param_1 或者 start param_1

其中的 param_1 是你自己要输入的参数。

二、 GDB 常用命令

以下以 test_file.c 作为源程序例子的名字，test_file 作为可执行文件例子的名字, 以 param_1 作为参数的例子的名字。

格式说明：

(gdb) 表示是在 GDB 调试页面输入的命令

p(print)：表示 p 是 print 指令的缩写

// test_file.c
#include <stdio.h>
  
void swap(int *x, int *y)
{
    int t = *x;
    *x = *y;
    *y = t;
}

int main(void)
{
    int a = 10;
    int b = 20;

    printf("a = %d, b = %d\r\n", a, b);

    swap(&a, &b);

    printf("a = %d, b = %d\r\n", a, b);

    return 0;
}

然后再用上一节提到过的方法生成可执行文件。

1、查看源码

(gdb) l(list) [函数名][行数]

输入 l 或 list 即可

如果直接输入 l 则会直接从文件第一行开始打印，一次打印 10 行，直到文件尾：

可以看到，GDB 会自动记忆我们上次敲入的指令。

当然，如果想看指定行的代码，则在 l 后面加上一个行号即可：

同理，如果想看指定函数的代码，则在 l 的后面加上指定的函数名即可：

2、断点

2.1 设置断点

break + [源代码行号][源代码函数名][内存地址]
break … if condition
- …可以是上述任一参数；condition 是条件。例如在循环体中可以设置 break ... if i = 100 来设置循环次数

tbreak：tbreak 命令可以看到是 break 命令的另一个版本，tbreak 和 break 命令的用法和功能都非常相似，唯一的不同在于，使用 tbreak 命令打的断点仅会作用 1 次，即使程序暂停之后，该断点就会自动消失。
rbreak：和 break 和 tbreak 命令不同，rbreak 命令的作用对象是 C、C++ 程序中的函数，它会在指定函数的开头位置打断点。

2.2 查看断点信息

(gdb) info b

若是直接执行 info 的话，出来的就是所有的调试信息：

但若是我们只想查看一下所打的断点的信息，那就在后面加个 b/breakpoint：

六个字段的含义如下：

Num ：编号
Type ：类型
Disp ：状态
Enb ：是否可用
Address ：地址
What ：在此文件的哪个函数的第几行

2.3 删除断点

(gdb) clear location

参数 location 通常为某一行代码的行号或者某个具体的函数名。当 location 参数为某个函数的函数名时，表示删除位于该函数入口处的所有断点。

(gdb) d(delete) [breakpoints] [num]

输入 breakpoints 参数表示删除所有断点；num 参数为指定断点的编号，表示删除指定编号的断点。

2.4 激活/禁用断点

(gdb) disable b(breakpoints) 	  	   # 使所有断点无效【默认缺省】
(gdb) enable b(breakpoints)  	  	   # 使所有断点有效【默认缺省】
(gdb) disable b(breakpoint) + [编号...] # 使一个或多个断点无效【禁用断点】
(gdb) enable b(breakpoint) + [编号...]  # 使一个或多个断点有效【开启断点】

(gdb) enable b(breakpoints) once [num...]   # 临时激活以 num... 为编号的多个断点，但断点只能使用 1 次，之后会自动回到禁用状态
(gdb) enable b(breakpoints) count [num...]  # 临时激活以 num... 为编号的多个断点，断点可以使用 count 次，之后进入禁用状态
(gdb) enable b(breakpoints) delete [num...] # 激活 num... 为编号的多个断点，但断点只能使用 1 次，之后会被永久删除。

2.5 观察断点

watch：此命令打的是观察断点，可以监控某个变量或者表达式的值。只有当被监控变量（表达式）的值发生改变，程序才会停止运行。

(gdb) watch cond

cond 代表的就是要监控的变量或者表达式。

rwatch 命令：只要程序中出现读取目标变量（表达式）的值的操作，程序就会停止运行；
awatch 命令：只要程序中出现读取目标变量（表达式）的值或者改变值的操作，程序就会停止运行。
catch：捕捉断点的作用是，监控程序中某一事件的发生，例如程序发生某种异常时、某一动态库被加载时等等，一旦目标时间发生，则程序停止执行。

总结：

观察断点：
watch + [变量][表达式] ：当变量或表达式值改变时即停住程序。
rwatch + [变量][表达式] ：当变量或表达式被读时，停住程序。
awatch + [变量][表达式]：当变量或表达式被读或被写时，停住程序。

设置捕捉点：
catch + event：当 event 发生时，停住程序。

其中，catch 指令的参数 event 参数表示要监控的具体事件。常用的 event 事件类型如下表所示：

event 事件	含义
throw [exception]	当程序中抛出 exception 指定类型异常时，程序停止执行。如果不指定异常类型（即省略 exception），则表示只要程序发生异常，程序就停止执行。
catch [exception]	当程序中捕获到 exception 异常时，程序停止执行。 exception 参数也可以省略，表示无论程序中捕获到哪种异常，程序都暂停执行。
load [regxep] unload [regexp]	其中，regexp 表示目标动态库的名称， load 命令表示当 regexp 动态库加载时程序停止执行； unload 命令表示当 regexp 动态库被卸载时，程序暂停执行。 regexp 参数也可以省略，此时只要程序中某一动态库被加载或卸载，程序就会暂停执行。

除此之外，还有几个比较特殊的 event：

exec：调用系统调用 exec 时。（exec 为关键字，目前此功能只在 HP-UX 下有用）
fork：调用系统调用 fork 时。（fork 为关键字，目前此功能只在 HP-UX 下有用）
vfork：调用系统调用 vfork 时。（vfork 为关键字，目前此功能只在 HP-UX 下有用）

在这里插入图片描述

2.6 捕获信号

(gdb) handle + [argu] + signals

signals：是 Linux/Unix 定义的信号，SIGINT 表示中断字符信号，也就是 Ctrl+C 的信号，SIGBUS 表示硬件故障的信号；SIGCHLD 表示子进程状态改变信号； SIGKILL 表示终止程序运行的信号......
argu：
- nostop：当被调试的程序收到信号时，GDB 不会停住程序的运行，但会打出消息告诉你收到这种信号。
- stop：当被调试的程序收到信号时，GDB 会停住你的程序。
- print：当被调试的程序收到信号时，GDB 会显示出一条信息。
- noprint：当被调试的程序收到信号时，GDB 不会告诉你收到信号的信息。
- pass or noignore：当被调试的程序收到信号时，GDB 不处理信号。这表示，GDB 会把这个信号交给被调试程序会处理。
- nopass or ignore：当被调试的程序收到信号时，GDB 不会让被调试程序来处理这个信号。

2.7 线程中断

(gdb) break [linespec] thread [threadno] [if ...]

linespec：断点设置所在的源代码的行号。如: test.c:12 表示文件为 test.c 中的第 12 行设置一个断点。
threadno：线程的 ID。是 GDB 分配的，通过输入 info threads 来查看正在运行中程序的线程信息。
if …：设置中断条件。

3、查看信息

3.1 查看数据

(gdb) p(print) variable 查看变量
(gdb) p(print) *array@len 查看数组（array 是数组指针，len 是需要数据长度）

可以通过添加参数来设置输出格式：

/ ：按十六进制格式显示变量。
/d ：按十进制格式显示变量。
/u ：按十六进制格式显示无符号整型。
/o ：按八进制格式显示变量。
/t ：按二进制格式显示变量。
/a ：按十六进制格式显示变量。
/c ：按字符格式显示变量。
/f ：按浮点数格式显示变量。

但是一个一个地去 print 太过于繁琐，于是可以用 display！

display：跟踪查看一个变量，每次停下来都显示它的值（变量/结构体…）

同理，也可以用来追踪地址信息：

如果不想追踪某个变量了，就可以用 undisplay 指令取消对该变量的追踪：

(gdb) undisplay + 变量名编号

3.2 查看内存

(gdb) x(examine) /n f u + 内存地址（指针变量）

n 表示显示内存长度
f 表示输出格式（见 print）
u 表示字节数制定（b 单字节；h 双字节；w 四字节；g 八字节；默认为四字节）

3.3 查看栈信息

(gdb) bt(backtrace) [-full][-n][n]

-full 打印栈帧信息的同时，打印出局部变量的值。
n 表示只打印栈顶上 n 层的栈信息。
-n 表示只打印栈底上 n 层的栈信息。
不加参数，表示打印所有栈信息。

3.4 查看栈帧信息

(gdb) info frame

该命令会依次打印出当前栈帧的如下信息：

当前栈帧的编号，以及栈帧的地址；
当前栈帧对应函数的存储地址，以及该函数被调用时的代码存储的地址
当前函数的调用者，对应的栈帧的地址；
编写此栈帧所用的编程语言；
函数参数的存储地址以及值；
函数中局部变量的存储地址；
栈帧中存储的寄存器变量，例如指令寄存器（64 位环境中用 rip 表示，32 为环境中用 eip 表示）、堆栈基指针寄存器（64 位环境用 rbp 表示，32 位环境用 ebp 表示）等。

除此之外，还可以使用 info args 命令查看当前函数各个参数的值；使用 info locals 命令查看当前函数中各局部变量的值。

4、运行、调试

(gdb) r(run)

运行代码。如果有断点，会在断点处停下；否则会直接运行到程序结束。

(gdb) c(continue)

程序在断点处停下来，通过 continue 指令让程序继续执行到下一个断点，没有断点的话则直接运行到程序结束。

(gdb) n(next) n

参数 n 表示单步执行多少行代码，默认为 1 行。其最大的特点是当遇到包含调用函数的语句时，无论函数内部包含多少行代码，next 指令都会一步执行完。也就是说，对于调用的函数来说，next 命令只会将其视作一行代码。

(gdb) s(step) n

参数 n 表示一次执行的行数，默认为 1 行。通常情况下，step 命令和 next 命令的功能相同，都是单步执行程序。不同之处在于，当 step 命令所执行的代码行中包含函数时，会进入该函数内部。

(gdb) until [location]

不带参数的 until 命令，可以使 GDB 调试器快速运行完当前的循环体，并运行至循环体外停止。注意，until 命令并非任何情况下都会发挥这个作用，只有当执行至循环体尾部（最后一行代码）时，until 命令才会发生此作用；反之，until 命令和 next 命令的功能一样，只是单步执行程序
(gdb) until location：参数 location 为某一行代码的行号

下面的例子紧接着上面 step 指令的例子：

(gdb) finish

通过 finish 函数，可以直接让一个函数执行完毕，直接回到了调用函数的位置。

该例和 until 类似：

5、编辑和搜索

(gdb) edit [location]
(gdb) edit [filename]:[location]

location 表示程序中的位置。这个命令表示激活文件的指定位置，然后进行编辑。

输入以下两种格式都可以：

在这里插入图片描述

(gdb) search <regexp>
(gdb) reverse-search <regexp>

第一项命令格式表示从当前行的开始向前搜索，后一项表示从当前行开始向后搜索。

其中 regexp 就是正则表达式，正则表达式描述了一种字符串匹配的模式，可以用来检查一个串中是否含有某种子串、将匹配的子串替换或者从某个串中取出符合某个条件的子串。